JPH05303251A

JPH05303251A - 静電潜像形成装置

Info

Publication number: JPH05303251A
Application number: JP10668492A
Authority: JP
Inventors: Junichi Takahashi; 淳一高橋; Hiroyuki Horiguchi; 浩幸堀口; Motomi Ozaki; 元美尾崎
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】静電潜像の解像度を向上させると共に、その
駆動回路系の単純化を図ることが可能な静電潜像形成装
置を提供する。【構成】導電性基板２上に絶縁膜３の形成された静電
潜像書込媒体１を設け、この静電潜像書込媒体１に対向
してその媒体表面方向へ変位するバネ５を設け、このバ
ネ５の先端に媒体表面方向に変位する導電性針４を設
け、導電性針４と導電性基板２とに所定電圧を発生する
電圧印加静電潜像形成手段を接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真の静電潜像形
成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真技術の基本的な考え方を
述べたものとしては、例えば、「電子写真」なるタイト
ルで、Ｒ．Ｍ．ＳＣＨＡＦＦＥＲＴ著、井上英一監訳、
共立出版があり、そのｐ．９６〜ｐ．９７に「放電によ
る静電記録」が紹介されている。これは、導電性基板上
に絶縁膜が形成された記憶媒体に対向して、その媒体表
面に「固定した状態」の針を設けた状態で、前記媒体表
面と針先端との間の距離を１００〜１５０μｍに保ち、
かつ、それら両者間に静電電荷を充電することにより、
情報或いは静電潜像を記録させるというものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来においては、針は
「固定」されており、動くようなことができない。その
一方で、静電潜像を記録するドラムは１００μｍ程度の
偏芯があるため、その表面部分では１００μｍ程度上下
する。また、前述したように、記憶媒体表面と針先端と
の間の距離を１００μｍ以下にできないので、両者間を
最も近づけた時に１００μｍ、最も離れた時に２００μ
ｍ程度それぞれ離しておく必要がある。

【０００４】従って、これら両者間の距離をこれ以上近
づけられないことから、静電潜像の解像度を上げること
ができないという不具合がある。また、針先端部とドラ
ム表面間の距離が２００μｍ程度まで離れることによ
り、放電開始電圧がその分高くなり、環境衛生面に問題
のあるオゾンが発生する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、導電性基板上に絶縁膜を有する静電潜像書込媒体を
形成し、この静電潜像書込媒体に対向してその媒体表面
方向へ変位するバネを設け、このバネの先端に前記媒体
表面方向に変位する導電性針を取付け、前記導電性針と
前記導電性基板とに所定電圧を発生する電圧印加静電潜
像形成手段を接続した。

【０００６】請求項２記載の発明では、導電性基板上に
絶縁膜を有する静電潜像書込媒体を形成し、この静電潜
像書込媒体に対向してその媒体表面方向へ変位するバネ
を設け、このバネの先端に前記媒体表面方向に変位する
導電性針を取付け、前記静電潜像書込媒体を帯電させる
帯電手段を設け、前記導電性針と前記導電性基板とを接
続する同電位静電潜像形成手段を設けた。

【０００７】請求項３記載の発明では、請求項１，２記
載の発明において、導電性基板上の絶縁膜と導電性針と
の間に働く静電力を検出する静電力検出手段を設け、こ
の静電力検出手段の出力により前記導電性針と前記絶縁
膜表面との間の距離を制御する距離制御手段を設けた。

【０００８】請求項４記載の発明では、請求項１，２又
は３記載の発明において、バネを導電性材料により形成
した。

【０００９】

【作用】請求項１記載の発明においては、静電潜像書込
媒体に電荷を帯電して情報を書込む場合には、電圧印加
静電潜像形成手段を用いて、導電性針と導電性基板との
間に電圧を印加して両者間に静電引力を働かせることに
よって、その両者間が近づき電界が強くなり、放電を発
生させて絶縁膜表面に電荷を帯電させることにより、静
電潜像を形成することが可能となる。

【００１０】請求項２記載の発明においては、絶縁膜表
面に予め帯電させておいた電荷を消去して情報を書込む
場合には、同電位静電潜像形成手段を用いて、導電性針
と導電性基板とを同電位にし、両者間に静電引力を働か
せることによって、バネの先端が媒体表面方向に伸びて
導電性針がその媒体表面に近づき、その導電性針と媒体
表面との間に放電を発生させることによりその媒体表面
に静電潜像を書込むことが可能となる。

【００１１】請求項３記載の発明においては、導電性針
と静電書込媒体の絶縁膜との間に働く力を検出し、この
検出出力により導電性針と絶縁膜との間の距離を制御す
ることによって、待機中の場合、導電性針と絶縁膜表面
との間の距離が離れているため、両者の衝突等により導
電性針の破損の確率を小さくすることが可能となり、ま
た、偏芯の大きいドラムの場合でも回路への負担を小さ
くさせることが可能となる。

【００１２】請求項４記載の発明においては、バネを導
電性材料とすることにより、静電引力の応答性を高め的
確に動作させることが可能となる。

【００１３】

【実施例】請求項１記載の発明の一実施例を図１及び図
２に基づいて説明する。図１において、静電潜像書込媒
体としてのドラム１は、導電性基板２と、この導電性基
板２上に積層された絶縁膜３とからなっている。このよ
うなドラム１の上部に対向した位置には、一定の間隔を
おいて導電性針４が配置されている。この導電性針４
は、バネとしての導電性片持梁５の先端部に固定されて
いる。導電性片持梁５は、固定台６に固定されている。
導電性片持梁５は、スイッチ（ＳＷ１）に電気的に接続
されている。従って、導電性針４は、電気的にＳＷ１に
接続されていて、これのコモン端子ｄと同電位になる。
このＳＷ１の端子ａ，ｂ間には電圧源Ｖ₂ が接続され、
端子ｂとＧＮＤとの間には電圧源Ｖ₁ が接続されてい
る。この場合、ＳＷ１と、電圧源Ｖ₁ と、電圧源Ｖ₂ と
は、電圧印加静電潜像形成手段７を構成している。この
電圧印加静電潜像形成手段７とは、ドラム１に電荷を帯
電して情報を書込む場合において、導電性針４と導電性
基板２との間に電圧を印加し、これら両者間に静電引力
を発生させる働きがある。

【００１４】このような構成において、以下、電圧印加
静電潜像形成手段７の働きを中心にして説明する。今、
図１に示すように、導電性針４にドラム１側に引かれる
静電引力が全くない状態での導電性針４の先端部と絶縁
膜３との距離をｘ₀ とする。また、図２に示すように、
静電引力の影響を受けて導電性片持梁５が曲がり、導電
性針４が絶縁膜３の表面に近づいた時の導電性針４の先
端部と絶縁膜３との距離をｘとする。絶縁膜３の表面と
導電性針との電位差をＶとする。

【００１５】そして、単純化のため、導電性針４の先端
部が絶縁膜３の表面と平行な平面とし、導電性針４の受
ける静電引力Ｆ₂ 、及び、導電性片持梁５のバネによる
戻り力Ｆ₁ を、それぞれ、

【００１６】

【数１】

【００１７】ただし、ａは定数Ｆ₁ ＝Ｋ（ｘ₀−ｘ） …（２）Ｋは片持梁のバネ定数ここで、Ｖを

【００１８】

【数２】

【００１９】とすると、０≦ｘ≦ｘ₀ において、Ｆ₂＞
Ｆ₁となる。これにより、導電性針４は絶縁膜３の表面
に近づいていき、表面の電位がＶのままであればその導
電性針４は膜表面にくっつくことになる。

【００２０】さて、ドラム１の偏芯により、ｘ₀ が最大
となる時の距離をｘ₀max、最小となる時の距離をｘ₀min
とする。

【００２１】この時、電圧源Ｖ₁ の値を

【００２２】

【数３】

【００２３】と設定し、電圧源Ｖ₂ の値を

【００２４】

【数４】

【００２５】を満足する値に設定する。

【００２６】このようにすると、絶縁膜３に電荷が帯電
していない時、ＳＷ１が端子ｂ側に接続された場合は、
ドラム１の表面のどこの部分が導電性針４の直下に来て
も、針先端部は、ｘ₀≧ｘ≧（２／３）ｘ₀の範囲内にと
どまり、それ以上表面には近づかない。

【００２７】一方、電荷を導電性針４を通して絶縁膜３
の表面に帯電させたい時には、ＳＷ１を端子ａ側に接続
する。これにより、ドラム１の表面のどの部分が導電性
針４の下に来ても、針先端部は表面の近傍まで吸い寄せ
られていき、距離ｘはしだいに小さくなっていく。導電
性針４の電位はＶ₁＋Ｖ₂であり、絶縁膜３の表面はＧＮ
Ｄと同電位であるためｘが小さくなっていくことによ
り、針先端部と絶縁膜３の表面との間の電界は大きくな
っていき、ついに両者間で放電が始まる。このような放
電が始まると、放電電流が絶縁膜３の表面に帯電してい
き、表面電位が上昇していく。これに伴い、針先端部と
絶縁膜３の表面との間の電位差が小さくなり、これと同
時に静電引力も小さくなっていく。そして、導電性片持
梁５のバネ性による戻り力の方が静電引力よりも強くな
り、ｘ₀≧ｘ≧（２／３）ｘ₀の範囲内に戻っていく。こ
のような一連の動作により、絶縁膜３上に静電潜像を記
録していくことが可能となる。

【００２８】上述したように、ドラム１に電荷を帯電し
て情報を書込む場合には、電圧印加静電潜像形成手段７
を用いて、導電性針４と導電性基板２との間に電圧を印
加して両者間に静電引力を働かせることによって、その
両者間が近づき電界が強くなり、放電を発生させて絶縁
膜３表面に電荷を帯電させることにより、静電潜像を形
成することが可能となる。従って、このようなことか
ら、偏芯のあるドラム状媒体においても、針先端部とド
ラム表面間の距離を特別な装置により制御する必要がな
く、静電潜像の解像度を向上させることができる。しか
も、放電が針先端部と絶縁膜３とが非常に接近した時に
生じるため、オゾンの発生が少なく、装置周囲の衛生環
境を悪化させるようなこともなくすことができるし、ま
た、静電潜像の解像度も向上させることができる。

【００２９】次に、請求項２記載の発明の一実施例を図
３に基づいて説明する。なお、請求項１記載の発明の実
施例と同一部分についての説明は省略し、その同一部分
については同一符号を用いる。

【００３０】ドラム１の周辺部には、帯電手段としての
スコロトロン８や、現像転写ユニット９が配設されてい
る。導電性片持梁５はＳＷ２のｅ点に電気的に接続され
ている。このＳＷ２の端子ｃから引き出された電線１０
は、導電性基板２と同電位に接続されている。この場
合、ＳＷ２と、導電性基板２に接続された電線１０と
は、同電位静電潜像形成手段１１を構成している。この
同電位静電潜像形成手段１１とは、絶縁膜３表面に予め
帯電させておいた電荷を消去して情報を書込む場合にお
いて、導電性針４と導電性基板２とを接続して同電位に
し、これら両者間に静電引力を発生させる働きがある。

【００３１】このような構成において、以下、同電位静
電潜像形成手段１１の働きを中心にして説明する。今、
絶縁膜３の表面には、導電性針４の直下に位置する前
に、スコロトロン８により電荷が帯電されており、その
表面電位はＶになっているものとする。ここで、

【００３２】

【数５】

【００３３】の関係を満たすように、各部分が設定され
ている。絶縁膜３上の電荷を除去したい時は、その除去
したい部分が導電性針４の直下に来た時にＳＷ２をＯＮ
状態にする。これにより、導電性針４はＧＮＤ電位とな
るため、針先端部と絶縁膜３の表面との間の電位差はＶ
となり、導電性針４と絶縁膜３の表面との間に静電引力
が働き、（６）式の条件から導電性針４は絶縁膜３の表
面のごく近傍に近づく。すると、針先端部と絶縁膜３の
表面との間の電界は大きくなり、放電限界を超えて放電
を開始し、これにより絶縁膜３の表面の電荷が放電し、
表面電位が低下していく。これに伴い、針先端部と絶縁
膜３の表面との間の電位差が小さくなり、これと共に静
電引力も小さくなっていく。そして、導電性片持梁５の
バネ性による戻り力の方が静電引力よりも強くなり、ｘ
₀≧ｘ≧（２／３）ｘ₀の範囲内に戻っていく。一方、Ｓ
Ｗ２がＯＦＦの場合は、針先端部に微小な誘導電荷が生
じるだけなので、導電性針４は絶縁膜３の表面に近づい
ていかない。

【００３４】上述したように、絶縁膜３表面に予め帯電
させておいた電荷を消去して情報を書込む場合には、同
電位静電潜像形成手段１１を用いて、導電性針４と導電
性基板２とを同電位にし、両者間に静電引力を働かせる
ことによって、導電性片持梁５の先端がドラム１の表面
方向に伸びて導電性針４がそのドラム１表面に近づき、
その導電性針４とドラム１表面との間に放電を発生させ
ることによりそのドラム１の表面に静電潜像を書込むこ
とが可能となる。従って、このようなことから、偏芯の
あるドラム状の媒体においても、従来のように針先端部
とドラム表面との間の距離を特別な装置を用いて制御す
る必要がなく、各導電性針４に対して導電性針４の電位
を制御するスイッチを１つずつ設ければよいため、導電
性針４をアレイ化した場合の駆動回路をより単純化させ
ることができる。

【００３５】次に、請求項３記載の発明の一実施例を図
４〜図７に基づいて説明する。なお、請求項１，２記載
の発明と同一部分についての説明は省略し、その同一部
分については同一符号を用いる。

【００３６】図４において、導電性片持梁５の根元に
は、その導電性片持梁５の曲がりにより生じる歪を検出
する静電力検出手段としての歪検出素子１６が設けられ
ている。この歪検出の出力は、歪検出及び後述するアク
チュエータ１４を制御する機能を有する距離制御手段と
しての距離制御回路１３に入力される。導電性片持梁５
は、その電位を制御する片持梁電位制御回路１２に接続
されている。

【００３７】また、導電性片持梁５は、絶縁フィルム１
５を介して導電性針４の先端と、絶縁膜３の表面間の距
離を変化させるアクチュエータ１４に取付けられてい
る。アクチュエータ１４は、固定台６に取付けられてい
る。

【００３８】このような構成において、以下、動作説明
を行う。運搬中、或いは、使用開始前、或いは、待機状
態等においては、距離制御回路１３によりアクチュエー
タ１４が縮んだ状態にあり、導電性針４と絶縁膜３表面
との間の距離は離れている。装置の使用開始に伴い、請
求項１記載の発明に適用した場合、片持梁電位制御回路
１２により導電性針４の電位は適当な電圧に設定され、
さらに、距離制御回路１３によりアクチュエータ１４を
変位させ、導電性針４と絶縁膜３の表面との距離が徐々
に小さくなっていく。そして、絶縁膜３と導電性針４と
の間に働く力により導電性片持梁５が曲がると、歪検出
素子１６が生じた歪を検出する。距離制御回路１３がこ
れを検知し、歪良がある一定値になると、アクチュエー
タ１４の変位を止める。その後は、請求項１記載の発明
の実施例中に示した動作により、静電潜像を書き込んで
いく。

【００３９】また、本実施例を請求項２記載の発明に適
用する場合は、装置の使用開始に伴い、絶縁膜３上に電
荷を帯電させた後、片持梁電位制御回路１２により導電
性針４の電位をＧＮＤにする。さらに、距離制御回路１
３により導電性針４と絶縁膜３の表面との距離を徐々に
小さくしていく。そして、絶縁膜３と導電性針４との間
に働く力により導電性片持梁５が曲がると、歪検出素子
１６が生じた歪を検出する。その歪は距離制御回路１３
に検出され、歪量がある一定値になると、アクチュエー
タ１４の変位を止める。その後、請求項２記載の発明の
実施例に示した動作により静電潜像を書き込んでいく。

【００４０】ドラムの偏芯が１００μｍ以上の大きなも
のの場合、ｘ₀maxとｘ₀minとの差が大きくなり、これに
より（４）式（５）式の条件を満たすため、Ｖ₂ の値が
大きくなる。書込む静電潜像パターンに対応して、導電
性針４の電位をＶ₁ 又はＶ₁＋Ｖ₂ にする。すなわち、
Ｖ₂ の電圧をスイッチングする。これにより、Ｖ₂ が大
きくなると、これをスイチングする電気回路の負担が大
きくなっていく。このような現象を避けるために、静電
潜像書込み時に、ドラムが回転する際、ドラム表面の偏
芯による絶縁膜３の上下動に同期してアクチュエータ１
４を動作させ、実質的に導電性針４と絶縁膜３の表面と
の間の距離変動（ｘ₀max−ｘ₀min）を小さくし、電気回
路への負担を軽減することができる。

【００４１】片持梁の曲がりを検出できる片持梁として
は、図５〜図７に示すような構成の片持梁を用いればよ
い。まず、その第一の具体例として、図５に示すよう
に、単結晶シリコンによる片持梁１７に対して絶縁膜１
８、金属膜１９を介して導電性針４を取り付け、片持梁
１７の表面側にはピエゾ抵抗素子２０を設けて拡散リー
ド２１を介して抵抗計２２に接続し、片持梁１７が振動
することによって、梁表面に生じる歪をピエゾ抵抗素子
２０の抵抗変化として捉えるようにしたものである。な
お、ピエゾ抵抗素子２０の上層には、Ｓｉ₃Ｎ₄による絶
縁膜２３、ガラス膜２４が順次積層され、さらに、その
上部にはＣ−Ｓｉ台座２５が設けられている。ここに、
ピエゾ抵抗素子２０は多結晶シリコンを用いるようにし
てもよい。

【００４２】また、その第二の具体例として、図６に示
すように、抵抗計２２に代えて、電圧計２６をピエゾ圧
電素子２７に接続し、片持梁１７が振動することにより
梁表面に生じる歪をピエゾ圧電素子２７に生じる電圧変
化として捉えるようにしてもよい。これら図５、図６の
場合、片持梁１７の材料としては単結晶シリコンに限ら
ず、ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃Ｎ₄、多結晶シリコン等であっても
よい。

【００４３】さらに、その第三の具体例として、図７に
示すように、Ｃ−Ｓｉ台座２７の両面に金属膜２８と電
極２９とを形成し、金属膜２８と電極２９とが接触する
状態で延設させ、その部分に導電性針４を取付ける一
方、アクチュエータ１４側についてもＣ−Ｓｉ台座２７
上に保持されるガラス３０の両面に電極３１を形成し
て、導電性針４の対応部分で電極２９，３１が対向する
ように配設し、電極２９と電極３１との間に容量計３２
を接続し、この電極２９と電極３１との間の容量変化に
より導電性針４の変位を測定するようにしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、導電性基板上に
絶縁膜を有する静電潜像書込媒体を形成し、この静電潜
像書込媒体に対向してその媒体表面方向へ変位するバネ
を設け、このバネの先端に前記媒体表面方向に変位する
導電性針を取付け、前記導電性針と前記導電性基板とに
電圧を発生する電圧印加静電潜像形成手段を接続したの
で、偏芯のあるドラム状媒体においても針先端部とドラ
ム表面との間の距離を各針毎に制御することなく両者間
の距離を接近させることを可能とし、これにより、静電
潜像の解像度を一段と向上させることができ、しかも、
オゾンの発生割合を低下させることができるものであ
る。

【００４５】請求項２記載の発明は、導電性基板上に絶
縁膜を有する静電潜像書込媒体を形成し、この静電潜像
書込媒体に対向してその媒体表面方向へ変位するバネを
設け、このバネの先端に前記媒体表面方向に変位する導
電性針を取付け、前記静電潜像書込媒体を帯電させる帯
電手段を設け、前記導電性針と前記導電性基板とを接続
する同電位静電潜像形成手段を設けたので、偏芯のある
ドラム状媒体においても針先端部とドラム表面との間の
距離を各針毎に制御することなく両者間の距離を接近さ
せることを可能とし、これにより、静電潜像の解像度を
一段と向上させ、しかも、駆動回路を単純化させること
ができるものである。

【００４６】請求項３記載の発明は、請求項１，２記載
の発明において、導電性基板上の絶縁膜と導電性針との
間に働く静電力を検出する静電力検出手段を設け、この
静電力検出手段の出力により前記導電性針と前記絶縁膜
表面との間の距離を制御する距離制御手段を設けたの
で、待機中の場合、導電性針と絶縁膜表面との間の距離
が離れているため、両者の衝突等により導電性針の破損
の確率を小さくすることができ、また、偏芯の大きいド
ラムの場合でも回路への負担を小さくさせることができ
るものである。

【００４７】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の発明において、バネを導電性材料により形成し
たので、静電引力の応答性を高め、的確に動作させるこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明である静電潜像形成装置の
構成を示す回路図である。

【図２】ＳＷ１を端子ａ側に接続した場合の針の変位状
態を示す回路図である。

【図３】請求項２記載の発明である静電潜像形成装置の
構成を示す回路図である。

【図４】請求項３記載の発明の一実施例を示す回路図で
ある。

【図５】第一の具体例を示す回路図である。

【図６】第二の具体例を示す回路図である。

【図７】第三の具体例を示す回路図である。

【符号の説明】

１静電潜像書込媒体２導電性基板３絶縁膜４導電性針５バネ７電圧印加静電潜像形成手段１１同電位静電潜像形成手段１３距離制御手段１６静電力検出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性基板上に絶縁膜を有する静電潜像
書込媒体を形成し、この静電潜像書込媒体に対向してそ
の媒体表面方向へ変位するバネを設け、このバネの先端
に前記媒体表面方向に変位する導電性針を取付け、前記
導電性針と前記導電性基板とに所定電圧を発生する電圧
印加静電潜像形成手段を接続したことを特徴とする静電
潜像形成装置。
【請求項２】導電性基板上に絶縁膜を有する静電潜像
書込媒体を形成し、この静電潜像書込媒体に対向してそ
の媒体表面方向へ変位するバネを設け、このバネの先端
に前記媒体表面方向に変位する導電性針を取付け、前記
静電潜像書込媒体を帯電させる帯電手段を設け、前記導
電性針と前記導電性基板とを接続する同電位静電潜像形
成手段を設けたことを特徴とする静電潜像形成装置。
【請求項３】導電性基板上の絶縁膜と導電性針との間
に働く静電力を検出する静電力検出手段を設け、この静
電力検出手段の出力により前記導電性針と前記絶縁膜表
面との間の距離を制御する距離制御手段を設けたことを
特徴とする請求項１又は２記載の静電潜像形成装置。
【請求項４】バネを導電性材料により形成したことを
特徴とする請求項１，２又は３記載の静電潜像形成装
置。